TÁN XẠ RAMAN CÓ KÍCH THÍCH CHƯƠNG 2_1

cần thiết phải khuyếch đại quang Như đã thấy ở chương 1, khoảng cách truyền dẫn của bất kỳ hệ thống thông tin quang sợi nào đều bị giới hạn bởi suy hao. Đối với các hệ thống cự ly dài
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
TÁN XẠ RAMAN CÓ KÍCH THÍCH CHƯƠNG 2_1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BỘ MÔN THÔNG TIN QUANGĐỀ TÀI: TÁN XẠ RAMAN CÓ KÍCH THÍCH CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG TÁN XẠ RAMAN KÍCH THÍCH KHUYẾCH ĐẠI TÍN HIỆU QUANG2.1 Sự cần thiết phải khuyếch đại quang Như đã thấy ở chương 1, khoảng cách truyền dẫn của bất kỳ hệ thống thông tinquang sợi nào đều bị giới hạn bởi suy hao. Đối với các hệ thống cự ly dài, có thểkhắc phục suy hao này bằng cách sử dụng các bộ lặp quang điện. Trong các bộ lặp điện này tín hiệu quang trước hết được chuyển đổi thành tínhiệu điện, tái tạo và chuyển lại thành tín hiệu quang. Hình 0.1- Bộ lặp điện. Nhược điểm của bộ lặp điện Các bộ lặp điện như trên rất phức tạp về thành phần cũng như hoạt động, chúngbị hạn chế bởi khả năng của các thiết bị điện tử. Việc giám sát các bộ lặp điện nàycũng rất phức tạp. Các bộ lặp điện chỉ phù hợp cho các hệ thống đơn kênh tốc độthấp. Đối với các hệ thống ghép kênh WDM thì các bộ lặp điện không đáp ứngđược các yêu cầu của hệ thống vì nó quá phức tạp. Mỗi bộ lặp chỉ đáp ứng đượccho một kênh bước sóng, do đó phải thực hiện tách các kênh quang trước khi thựchiện lặp điện và sau khi lặp từng kênh phải sử dụng bộ ghép kênh quang để ghépcác kênh lại với nhau. Hơn nữa hoạt động của các bộ lặp điện phụ thuộc vào dạngđiều chế của tín hiệu, phải tái tạo lại tín hiệu điện bằng phương pháp giải điều chếtương ứng. Vì vậy việc nâng cấp hệ thống sử dụng bộ lặp điện rất phức tạp. Ngược lại, trong các hệ thống sử dụng khuyếch đại quang, các bộ khuyếch đạiquang không bị giới hạn bởi các thiết bị điện tử vì bộ khuyếch đại quang khuyếchđại trực tiếp tín hiệu quang, không qua bất kỳ một giai đoạn chuyển đổi quang điệnnào. Khuyếch đại quang không phụ thuộc vào dạng tín hiệu và dạng điều chế do nóchỉ tác động vào thành phần biên độ chứ không tác động vào thành phần thời gianvà dạng tín hiệu. Khi thay đổi phương pháp điều chế thì hệ thống không cần thayđổi các bộ khuyếch đại. Do đó khuyếch đại quang tạo điều kiện dễ dàng nâng cấphệ thống. Ngoài ra, khuyếch đại quang có thể cho phép khuyếch đại đồng thời cáckênh quang trong toàn bộ dải tần. Do đó khi thêm một kênh quang nếu như bướcsóng mới nằm trong dải khuyếch đại bằng phẳng của bộ khuyếch đại quang th ìkhông cần thiết thay đổi bộ khuyếch đại quang. Năm 1996, bộ khuyếch đại quang đầu tiên được sử dụng trong hệ thống cápquang TAT 12,13 do AT&T và các đối tác lắp đặt. Hệ thống thông tin này với việcsử dụng khuyếch đại quang sợi pha tạp đất hiếm EDFA đã tăng dung lượng của hệthống lên gấp 10 lần. Tuyến TAT-12 có tổng chiều dài là 5900 km với khoảngcách giữa các bộ khuyếch đại quang là 33 km. Có thể nói khuyếch đại quang làchìa khoá cho sự phát triển của các mạng quang dung lượng lớn và cự ly xa.2.2 Những khái niệm cơ bản về khuyếch đại quang.2.2.1 Phổ khuyếch đại và băng tần bộ khuyếch đại Hầu hết các bộ khuyếch đại quang đều thông qua hiệu ứng phát xạ kích thích.Khuyếch đại đạt được khi bộ khuyếch đại được bơm quang hay bơm điện để thoảmãn điều kiện đảo lộn mật độ. Nhìn chung khuyếch đại quang không chỉ phụ thuộcvào tần số (hoặc bước sóng) của tín hiệu tới mà còn phụ thuộc vào cường độ bơmở các điểm bên trong sợi tức là phụ thuộc cả vào môi trường khuyếch đại. Để đơngiản giả sử môi trường khuyếch đại là đồng nhất. Khi đó hệ số khuyếch đại có thểđược tính theo công thức: g0 (0.1) g ( )  1  (  0 ) 2 T22  P / Ps Trong đó g 0 là giá trị đỉnh của khuyếch đại,  là tần số của tín hiệu quang tới,  0là tần số dao động của nguyên tử, P là công suất của tín hiệu được khuyếch đại, Pslà công suất bão hoà. Công suất bão hoà Ps phụ thuộc vào các tham số của môitrường khuyếch đại. Hệ số T2 trong phương trình (2.1) được gọi là thời gian hồiphục phân cực, thường nhỏ hơn 1 ps [2]. Phương trình (2.1) có thể dùng để mô tảcác đặc tính quan trọng của bộ khuyếch đại như là băng tần khuyếch đại, hệ sốkhuyếch đại và công suất đầu ra bão hoà. Ở chế độ chưa bão hoà trong đó P / Ps  1 , bằng cách bỏ qua đại lượng P / Pstrong phương trình (2.1) hệ số khuyếch đại trở thành: g0 (0.2) g ( )  1  (  0 ) 2 T22 Phương trình này chỉ ra rằng khuyếch đại đạt được lớn nhất khi mà tần số trùng với tần số dao động nguyên tử  0 . Sự suy giảm khuyếch đại có thể xem xéttrong điều kiện Lorentzian áp dụng cho các hệ thống hai mức đồng nhất. Trongthực tế phổ khuyếch đại có thể khác xa điều kiện Lorentzian. Băng tần khuyếch đạiđược định nghĩa là  g  2 / T2 hoặc: ...